تحلیل فنی، تحمل و بهینه‌سازی خطاهای قوس داخلی در واحدهای حلقه اصلی عایق‌شده کامل با SF6

SF6 کامل ایزوله شده گاز-ایزوله شده واحدهای حلقه اصلی (که در ادامه به آن RMUs می‌گویند) عمدتاً شامل واحدهای تغییر بار و دستگاه‌های ترکیبی تغییر بار-فیوز پرتوس متناوب با ولتاژ بالا (که در ادامه به آنها دستگاه‌های ترکیبی گفته می‌شود) می‌باشد. بر اساس نیازهای کاربر، آنها می‌توانند به صورت ساختارهای رزروواره مشترک یا واحدی پیکربندی شوند.

در کاربردهای مهندسی عملی، اتصالات الکتریکی معمولاً با استفاده از اتوبوس‌های ایزوله شده جامد که در بالا نصب شده‌اند یا اتوبوس‌های قابل وصل کردن که در کنار نصب شده‌اند، ایجاد می‌شوند. در میان پارامترهای فنی مختلف، جریان انتقال واحد ترکیبی و قابلیت بستن واحد تغییر بار نمایانگر چالش‌های کلیدی در توسعه هستند. علاوه بر این، به دلیل نگرانی‌های رو به رشد در زمینه ایمنی، خطاهای قوس داخلی در سال‌های اخیر توجه بیشتری از سوی کاربران را جلب کرده‌اند.

۱. تحلیل مسائل فنی

در طول توسعه و تولید RMUs، جنبه‌های زیر نیاز به توجه دقیق دارند:

۱.۱ جریان انتقال

جریان انتقال یک دستگاه ترکیبی به جریان سه‌فاز متقارن اشاره دارد که در آن تابع قطع از فیوز به تغییر بار منتقل می‌شود. برای جریان‌های بیش از این مقدار، قطع تنها توسط فیوزها انجام می‌شود. در محدوده جریان‌های خطا پایین‌تر، زمان ذوب فیوزهای سه‌فاز نامتقارن است. فیوزی که زودتر ذوب می‌شود، ابتدا قطع می‌کند و ضربه‌دهنده آن مکانیسم قطع را فعال می‌کند تا تغییر بار را باز کند.

قطع دو فاز باقی‌مانده به مقایسه بین ویژگی‌های واقعی زمان-جریان فیوزهای آنها (که جریان در دو فاز باقی‌مانده حدود ۸۷٪ جریان سه‌فاز است) و زمان باز شدن تغییر بار که توسط ضربه‌دهنده فیوز اولیه شروع می‌شود بستگی دارد. اگر ذوب فیوز به تعویق بیفتد، دو فاز باقی‌مانده توسط تغییر بار قطع می‌شوند. بنابراین، قطع جریان خطا در این محدوده بین فیوز و تغییر بار تقسیم می‌شود.

جریان انتقال دستگاه ترکیبی توسط دو عامل کلیدی تعیین می‌شود: زمان قطع تغییر بار که توسط ضربه‌دهنده فیوز شروع می‌شود و ویژگی‌های واقعی زمان-جریان فیوز. جریان انتقال اسمی یک پارامتر فنی مهم است که بیشترین جریان را که تغییر بار می‌تواند به ایمنی قطع کند نشان می‌دهد. هنگام انتخاب فیوزهای محدود کننده جریان، باید ویژگی‌های زمان-جریان آنها ارزیابی شود تا جریان انتقال حاصل کمتر از جریان انتقال اسمی دستگاه ترکیبی باشد. این امر هماهنگی قابل اعتماد و ایمن بین تغییر بار و فیوز را تضمین می‌کند و محافظت مؤثر از ترانسفورماتورها را ممکن می‌سازد.

۱.۲ قابلیت بستن

در طول تست تغییر بار، گاهی اوقات عملیات بستن موفقیت‌آمیز نمی‌باشد که معمولاً به دو دسته تقسیم می‌شود: عدم توانایی در رسیدن به تعداد مورد نیاز عملیات بستن یا عدم توانایی بستن در جریان‌های خطا اسمی. تجزیه و تحلیل نتایج تست نشان می‌دهد که چنین شکست‌هایی عموماً به دلیل فرسودگی بیش از حد تماس‌های اصلی است که توانایی تحمل جریان خطا اسمی را کاهش می‌دهد.

بنابراین، کاهش یا جلوگیری از فرسودگی تماس‌های اصلی برای دستیابی به نتایج تست موفقیت‌آمیز حیاتی است. تحقیقات و آزمایش‌های گسترده نشان داده‌اند که افزودن تماس‌های کمکی از آلیاژ مس-کروم با نقطه ذوب بالا به تماس‌های اصلی می‌تواند به طور غیرمستقیم تماس‌های اصلی مس با نقطه ذوب پایین‌تر را محافظت کند. رویکرد طراحی خاص می‌تواند بر اساس ساختار تماس‌های استفاده شده - چه حرکت خطی یا نوع تیغه چرخشی - انعطاف‌پذیر باشد.

۲. تحمل خطاهای قوس داخلی

قوس الکتریکی با هوای اطراف واکنش ناشیانه‌ای دارد که باعث افزایش سریع دما و فشار می‌شود. اگر به درستی محدود نشود، می‌تواند خطرات جدی برای افراد و تجهیزات ایجاد کند. آزمایش‌های خطای قوس داخلی باید جداگانه برای قسمت گاز (قسمت تغییر بار) و قسمت کابل RMU انجام شود. برای موفقیت در آزمون، باید معیارهای زیر برقرار باشند:

• پنل‌ها و درب‌های تجهیزات تغییر بار باید بسته باشند؛ تغییر شکل محدود قابل قبول است.

• ظرف نباید پاره شود و هیچ تکه‌ای بزرگتر از ۶۰ گرم از آن خارج نشود.

• در سطوح قابل دسترس تجهیزات تغییر بار تا ارتفاع ۲ متر، هیچ سوراخی تشکیل نشود.

• شاخص‌های افقی و عمودی که در طول آزمون استفاده می‌شوند نباید توسط گازهای گرم روشن شوند.

• ظرف باید طی آزمون به نقطه زمین‌داری متصل بماند.

۲.۱ جریان خطا اسمی قطع

جریان خطا اسمی قطع دستگاه ترکیبی توسط فیوز انتخاب شده تعیین می‌شود. موارد زیر را باید در نظر گرفت:

• جریان خطا اسمی قطع فیوز باید بیشتر یا مساوی با بیشترین جریان خطا محتمل در نقطه نصب در سیستم توزیع باشد.

• جریان خطا اسمی قطع فیوز باید به طور مناسب با جریان تحمل کوتاه‌مدت اسمی تغییر بار در دستگاه ترکیبی مطابقت داشته باشد.

• باید سه فیوز از یک مدل و مشخصات نصب شوند؛ در غیر این صورت عملکرد قطع ممکن است تحت تأثیر قرار گیرد.

• فیوزها باید به درستی و کاملاً نصب شوند تا ضربه‌دهنده در زمان مناسب فعال شده و مکانیسم قطع تغییر بار را به طور مطمئن فعال کند.

• بعد از عملکرد یک یا دو فیوز، همه سه باید تعویض شوند مگر اینکه مطمئن شوید فیوزهای بدون عمل جریانی نداشته‌اند.

۲.۳ عملکرد در ارتفاعات بالا

طراحی قسمت‌های گازی بسته در RMUs معمولاً بر اساس عملکرد در ارتفاعات کمتر از ۱۰۰۰ متر است. در ارتفاعات بالاتر، هوا رقیق‌تر می‌شود و فشار جوی کاهش می‌یابد. از آنجا که چگالی گاز داخلی ثابت می‌ماند، فشار نسبی در قسمت بسته افزایش می‌یابد. این می‌تواند منجر به افزایش تنش مکانیکی روی ظرف شود که باعث تغییر شکل و خطر بیشتری از نشت گاز می‌شود. در چنین مواردی، قدرت ظرف باید به طور مناسب تقویت شده و از طریق آزمون‌ها تأیید شود. کاهش فشار پر کردن گاز (یا چگالی) راه حل علمی یا توصیه شده نیست.

۲.۴ کنترل محتوای رطوبت

Klausel ۶.۵.۱ از DL/T ۷۹۱-۲۰۰۱، "راهنمای انتخاب تجهیزات تغییر بار گاز-ایزوله داخلی"، محتوای رطوبت در قسمت‌های گازی را مشخص می‌کند: "وقتی فشار پر کردن اسمی کمتر یا مساوی ۰.۰۵ MPa است، محتوای رطوبت نباید بیش از ۲۰۰۰ µL/L (حجمی) باشد." استانداردهای دیگر هدایت‌های خاصی نمی‌دهند. در تولید RMU، کنترل محتوای رطوبت در ۱۰۰۰ µL/L (در ۲۰° C) معتبر در نظر گرفته می‌شود، بر اساس موارد زیر:

• تغییر بار جریان‌های کوچک‌تر (۶۳۰ A) را قطع می‌کند، با حداکثر جریان انتقال (تقریباً ۱۵۰۰-۲۲۰۰ A).

• فشار پر کردن کم (اسمی ۰.۰۳-۰.۰۵ MPa)، که قابل توجهی کمتر از GIS با ولتاژ بالا (حدود ۰.۵ MPa) است.

• عملکرد بسته‌بندی عالی است، که باعث ورود بسیار آهسته رطوبت از محیط خارج می‌شود.

• نتایج آزمون نشان می‌دهند که پس از قطع، محصولات تجزیه SF6 بسیار کم هستند.

• در طول آزمون، نمونه‌ها به طور مخصوص کنترل رطوبت نشده‌اند، اما هیچ شکستی به دلیل رطوبت بیش از حد مشاهده نشده است.

بنابراین، کاملاً نادیده گرفتن کنترل رطوبت در تولید موجه نیست، همانطور که строгое соблюдение пределов изоляции без учета требований к гашению дуги также неприемлемо. На основе многолетнего практического опыта производства и эксплуатации поддержание содержания влаги на уровне ۱۰۰۰ µL/L (при ۲۰° C) при производстве является технически обоснованным и разумным.

۳. نتیجه‌گیری

RMUs به مدت سال‌ها در چین تولید و بهره‌برداری شده‌اند و فناوری پخته، عملکرد پایدار و پذیرش قوی بازار را نشان داده‌اند. امید است که تولیدکنندگان بیشتری وارد این حوزه شوند و به طور مداوم به بررسی، بحث و به اشتراک گذاری بینش‌ها در مورد چالش‌های فنی موجود در تحقیق، تولید و بهره‌برداری بپردازند، به طوری که به طور جمعی فناوری RMUs را پیش ببرند و بهبود مداوم آن را ترویج دهند.